论述地基基础不均匀沉降对房屋结构的影响

摘要：近年来，我国在建筑设计、结构设计、施工设计和施工管理等方面有了迅速的提高。但是我们也必须看到，当前建筑工程仍然存在着很多质量问题，有些问题直接影响着建筑物的使用，浪费国家财产危及人民生命安全。在工程建设中常常遇到地基基础不均匀沉降的问题，这一问题一直影响着工程的使用。因此，深和研究基础不均匀沉降引起混合结构和框架结构危害的问题，提出行之有效的防治加固措施具有重要的学术意义和工程应用价值。

关键词：地基基础；不均匀沉降；各种结构；原因；对策

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

一、地基基础不均匀沉降对房屋结构的危害表现

供人们从事生产、生活使用的各类建筑物，不论是高耸入云的摩大厦，还是玲珑的建筑小品，它们都要座落在地球表面下一定深度的岩土地层上。在土力学及基础工程领域里，通常的把直接支撑建筑物的这一部分岩土地层统称为地基。在建筑物及其荷载作用下，或经地表浸水、地下水升降变化、地震以及地下采动等其它多种因素的复合影响，地基将发生变形。因地基变形使建筑离开其建筑时的初始位置，沿重力方向移动的现象就称作建筑沉降。沉降建筑物的危害表现为：

1、不均匀沉降导致建筑倾斜。例如闻名于世的意大利比塞塔，由于建造在不均匀高压缩性上，致使塔基产生不均匀沉降，北侧下沉1米多，南侧下沉有3米，塔身侧移达5.8米之多。

2、导致建筑物严重下沉。例如上海锦江饭店建在软土地基上，建筑物绝对沉降达2.6m，使原底层陷入地下，成了半地下室，严重影响使用。

3、不均匀沉降导致混合结构房屋墙体开裂。例如清华大学供应科库房楼，竣工后仅一年，墙体开裂，使用三年后，全楼共出现33 条大裂缝，成为危房。

4、不均匀沉降导致建筑物基础断裂。例如东南大学教工住宅在筏板基础浇筑完毕尚未砌墙时，筏板基础横向断裂，缝长超过6米，缝宽1-5毫米。

由此可见，不均匀沉降对房屋结构的危害最为严重，不仅使基础出现裂缝，而且使上部结构开裂，甚至房屋整体倾斜。

二、地基基础不均匀沉降的原因分析

引起房屋结构地基基础不均匀沉降的原因是多方面的，主要可分为两大类：

1、来自地基方面的原因

（1）地基土的压缩性

土的不均匀性通常表现在有多种不同的组成和特性的土类，并以透镜体或局部的不规则地层出现。在这种情况下，浅基础下地基的不均匀沉降很大，且是难免的。通常根据本地上的成型历史对不均匀沉降也有很大影响。拟建场地的相邻建筑打过桩，由于振动，土的絮状结构受到破坏，强度明显降低，甚至成流动状态，则建房后，沉降则明显大于同类土，且靠近桩基部分的房屋沉降大。沉降和沉降差随桩的长短、打桩的时间早晚显著变化。一般情况下，桩越长，打桩的时间发生得越迟，它们的量值越大，另外，拟建场地的一侧建过房、预压过或由于井点降水，造成地十水下降等，均会引起较大的不均匀沉降。

(2)其它影响软土地基上浅基础不均匀沉降的因素

①加载速率的影响。对于荷载条件，我们通常认为是静力加载，忽略惯性的作用。其对不均匀沉降的影响主要表现为：在荷载的作用下，一方面软土中的剪应力产生剪切变形，导致强度的降低。另一方面，饱和粘性土有条件排水固结，抗剪强度随时间增长，加载速率小，后一方面起主导作用。因此采用施工期内增加加荷速率，提高施工期内沉降量的比重，可适当减少建筑物在使用中由于不均匀沉降产生的开裂。

②地基中局部的管道漏水，化粪池的渗水或外溢。设计或施工中漏掉散水明沟，使土体产生液化，改变土体的力学性能，降低其承载力。

③土季节性的湿度变化。如树木生长季节常易使土层干缩，而在休眠季节则会是土层湿度过大。有资料表明：最好使树木的位置，离开浅基础的距离大于树木最终高度。

2、来自房屋结构方面的原因

（1）上部结构

上部结构的平面不规则和体型变化复杂在软土地基中会引起很大的不均匀沉降。平面形状复杂的建筑物，纵、横单元交叉处基础密集，地基中由于单元荷载产生的附加应力相互重迭，必然出现比别处大的沉降，加之建筑物的整体性差，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损坏；建筑物体型复杂，高低（或轻重）变化较大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然容易出现过量的不均匀沉降。

（2）基础相对刚度

基础作用的强弱取决于基础与地基的相对刚度、土的压缩性以及基底下塑性区的大小。柔性基础的基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致；均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、连缘小。刚性基础受荷后，基础不弯曲，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面；一般说来，无论是粘性土还是无粘性土地基，只要基础埋深和基础面积足够大，而荷载不太大时，基底反力均呈马鞍形；另外，刚性基础能够跨越基底中部，将所承担的荷载集中地传至基底边缘。总之。当基础相对愈刚时，随着基础挠曲的减少，基底反力的分布与荷载的分布愈不一致，基础不利截面的弯矩和剪力也将相应增大。一般认为：λL

由上式可知：基础梁越长，基础的刚度越弱，则在软土地基设计中，基础梁纵向不要伸入外挑的底板，基础断面越高，基础刚度越强，基床系数的取值对基础的刚度影响很大。

（3）偏心荷载

在偏心荷载的作用下，基底将产生不均匀的附加应力，使基础发生倾斜，基础的倾斜程度与偏心距e 有关；当eB/4 时，转动中心进而向基础轴线转移，并使基础在受荷载较小的一边抬起。对于后一种情况，显然理应在设计中加以避免，为了有足够的安全度以防止基础的一端抬起，通常采用偏心距e

圆形基础：θ≌thθ=6（1-µ）/E ×p e/B

圆形基础：θ≌thθ=8K（1-µ×µ）/E ×p e/B

式中，P 为偏心荷载，e 为偏心矩，B 为荷载偏心方向的矩形基础基底边长或圆形基底直径，μ为土的泊松比，K 为矩形刚性基础倾斜的无量纲系数，与A/B 有关。

（4）相邻基础（荷载）的影响

地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响，造成不均匀沉降，其表现形式主要有以下几方面：

①同一栋房子的基础彼此靠得很近，若荷载差异小，基础的面积接近，则不均匀沉降小，反之则不均匀沉降大。

②基础上及其附近有大面积堆载。如填土、生产堆料等，若荷载小，距离远，则基础的倾斜小。③相邻建筑物的距离越近，且埋深差异越大，引起的相互不均匀沉降越大。后建的建筑物最好把埋深置在与原房大致相同的位置，对于靠近或低于相邻基础原挖土边缘，都必须防止相邻建筑丧失侧向支承或覆盖压力而产生侧向或竖向位移。如果必须埋置不同深度，相邻基础的间距应大致为相邻基底高差的两倍。

④打桩在软土地基中对于相邻建筑的影响靠得越近产生的不均匀沉降越大。有的资料认为：在粘性土中打桩可以引起建筑物不均匀沉降的土层厚度约等于打入土中桩的长度。

三、治理对策研究

工程事故实例及理论研究表明，控制建筑物地基不均匀沉降应从以下几个方面着手：

1、保证勘察报告的真实性和可靠性

地质钻探报告是一门专门的科学，来不得半点虚假。钻探报告是设计人员的主要设计依据，必须提高地质勘测人员的业务水平、政治素质和职业道德素质，加强责任感，这样才能使钻探报告具有真实性和可靠性。

2、设计阶段要切实做好数据收集及按规范合理设计，采取多种措施，增强结构的基础刚度和整体刚性，具体体现在：

（1）建筑措施

平面形状应力求简单，规则整齐，尽量避免形状复杂，阴角太多；避免建筑物有显著的高差或荷载差异。在软土地区建筑物的不均匀沉降事故中，往往以有高度差异或荷载差异的建筑物为多见，尤其是高、低或轻、重单元连成一体未设置沉降缝时易发生。对于长度较大的建筑物，应考虑在适应部位设置沉降缝；对于平面图的形复杂的，或有层高高差及荷载显著不同的建筑物，要在其转折处，层高高差处或荷载显著不同的部门设置沉降缝，此外在地基土的压缩性很高，当两建筑物之间距离较近时，常常造成邻近建筑的倾斜或损坏。

（2）结构措施

①控制建筑物的长高比。长高比是保证混合承重结构建筑物刚度的主要因素。长高比大建筑物，调整地基不均匀变形的能力就差，相反，如将建筑物长高比限制在一定范围内，它就是具有较大的调整地基不均匀变形的能力。实践证明，建筑物的长高比控制在2.5 至3 之间时，可减少建筑物的相对弯曲，房屋不易出现裂缝。

②合理布置纵横墙。承重结构的墙身是房屋挠曲的主要受力构件，它具有高速基础不均匀变形的能力。纵、横墙的布置合理与否，对建筑物的整体刚度影响很大。如纵墙贯通而横墙密布，则犹如空腹多肋深梁，刚度很大，这时基础沉降也较均匀。